风电抽水蓄能联合运行系统研究.pdfVIP

风电一抽水蓄能联合运行系统研究 刘德有谭志忠王丰 (河海大学水利水电工程学院) 摘要：简述了大比重风电直接输入电网可能对电网安全稳定经济运行带来的潜在风险，介绍了风电．抽水蓄能联合 运行系统的优越性和国外研究概况。针对一小型模拟电网，拟定了一种风电—抽水蓄能系统的联合运行方 案，并在最大化利用风电的目标下，建立了该方案的经济运行计算分析模型。将该联合运行系统与普通风 电系．eft进行比较计算。结果表明：风电—抽水蓄能联合运行系统是最大化开发利用风能资源的有效途径， 具有可观的经济效益和社会效益。 关键词：风电风电场抽水蓄能联合运行运行方案计算模型 1概述 随着化石能源的日益减少以及大量使用化石能源所带来的环境污染日趋严重，为实现可持续发 展目标，世界各国对可再生能源的开发利用越来越重视。风电作为可再生能源的重要组成部分，已 得到高度关注和快速发展。2005年全球风电装机总量已达到5+91万Mw，在过去10年间年平均增长 率为29％。近年来，德国、西班牙、美国等走在风电开发前列，年增长超过39％，风电已经成为这 些国家电力工业的一个极有前途的分支“一。目前，德国是风电装机容量最大的国家，达1．84万Mw， 风电比重为6％；西班牙位居第二，风电容量超过1．075MW，风电比重为8％；丹麦风电容量3100MW， 位居世界第五，风电比重达到20％，是世界第一，其海上风电装机容量400／vlW，居世界领先地位。 我国幅员辽阔、海岸线长、风能资源丰富．据中国气象局的测算，我国陆地和海上的风能可开发总 量达1吖乙kW。风电开发前景十分广阔。 但是，大比重的风电直接输入电网会对电网的安全稳定运行造成潜在风险。首先，由于自然风 速存在随机性、间歇性以及季节性的显著特点，而并网风电机组的输出功率则主要取决于风速(即 厂家提供的功率风速曲线)，因此风电比重的上升会使电网的调峰、调频压力也随之增大。其次， 目前大型风力发电机几乎都是异步发电机，在其并网运行时需要吸收大量的无功功率，虽然其机端 常配备一定容量的补偿电容器组，但大比重的风电仍会加重电网的无功负担，使电网调相容量需求 随之增大。其三，根据异步发电机的运行特点，在风速及风机输出功率变化时，会引起风电场母线 及附近电网的电压波动，风电机组并网和脱网等操作时也可能对附近电网电压造成冲击U,41，影响电 网的供电质量。其四，大比重的风电会使得电网长距离送电的技术要求和运行成本急剧增大。因此， 当直接输入电网的风电比重达到10％时，必须对电网系统进行合理有效的调节，以提高供电质量和 降低运行成本。 针对上述问题，限制电网中风电比重或加大风机功率调节(即降低风机设计功率，放弃部分风 能)显然是不可取的，最好的方法是利用蓄能系统将风电间接输人电网或存蓄起来在电网需要时稳 定地为电网供电。目前，用于风电蓄能的型式大致有水力蓄能、压缩空气蓄能、超导磁力蓄能、流 体电池、电解水制氢等几种，其中一种所谓“风电—抽水蓄能联合运行系统”得到了广泛赞许和成 功应用。如西班牙为了开发利用ElHierro岛、Canary岛的风能资源建设了相应的抽水蓄能电站与之 联合运行，在德国、丹麦、美国等风能利用发达国家都不乏这样的工程实例。因为，抽水蓄能电站 具有以下独特的优越性：对电网负荷变化的反应快速、调节灵活，调峰、填谷、调频、调相和事故 备用的运行性能好；能量储存和转换的容量太、效率高；建设技术成熟、相对成本较低；强迫停运 率低，运行安全可靠，稳定性好，供电质量高。所以，利用“风电—抽水蓄能联合运行系统”能够 将过大比重的风电转换成高质量的电能间接输入电网。或将电网负荷低谷时的多余风电转换成水能 12 存蓄起来，减少风机弃荷。从而大大地提高了风能利用率和电网供电质量，使风能资源得到最大化 的开发利用。本文以含“风电—抽水蓄能联合运行系统”的小型模拟电网为例．建立其经济运行的 计算分析模型，论证该联合运行系统的经济合理性。 2风电一抽水蓄能联合运行系统的计算分析模型 目前，关于风电一抽水蓄能系统的联合运行方案及其计算分析模型的研究，我国尚处起步阶段， 欧洲学者率先作了较多的探索研究。文献9饴出了风电．抽水蓄能系统的6种不同运行方案以及各子 系统的运行模型及经济评价模型，这些模型考虑了风电直接输入电网可能带来的潜在风险，采取将 超过最大允许比重的风电由抽水蓄能电站存蓄起来，而在负荷高峰时优先使用抽水蓄能电站发电． 剩余峰荷由常规发电厂满足。文献